Маъруза №4. Датчиклар, ўзгартиргичларни, ахборотларни узатишни ва автоматик назорат қилиш тизимларини ва иккиламчи асбобларни ишлаш схемалари ва структуравий схемалари

Маъруза №6. Ҳароратни назоратга қилиш. Умумий тушунчалар. Ҳарорат шкаласи.
Ҳарорат (лотинча temperature – меъёрий ҳолатдан силжиш деган маънони англатади) тизимларнинг термодинамик мувозанат ҳолатини тавсифловчи физик катталик бўлиб, жисмларнинг исиганлик даражасини билдиради. Деярли барча технологик жараёнлар ва моддаларнинг турли хоссалари ҳароратга боғлиқ.
Ҳарорат — технологик жараёнларнинг муҳим параметри бўлиб, амалда ҳам паст, ҳам юқори ҳароратлар билан иш кўришга тўғри келади. Жисмиинг ҳарорати молекулаларнинг иссиқлик ҳаракатидан ҳосил бўладиган ички кинетик энергияси билан белгиланадиган қиздирилганлик даражаси орқали характзерланади. Ҳароратни ўлчаш амалда иккаласидан бирининг қиздирилиш даражаси маълум бўлган икки .жисмнинг қиздирилишини таққослаш ёрдамидагина мумкин бўлади. Жисмларнинг қиздирилганлик даражасини таққослашда уларнинг ҳароратга боғлиқ бўлган ва осонгина ўлчанадиган физик хоссаларидан бирортасини ўзгартиришдан фойдаланилади.
Молекулаларнинг ўртача кинетик энергияси ва идеал газ ҳарорати орасидаги боғланиш қуйидаги тенглама билан ифодаланади:
(2.1)
бу ерда, К. — 1,380·10-23 Ж·К-1, — Больцман доимийси; Т — жисм мутлақ ҳарорати, ⁰К.
Агар жисмнинг ҳарорати турлича бўлса, улар бир-бирига тегиб турганида энергияларнинг тенглашуви рўй беради: юқорироқ ҳароратга ва, демак, молекулаларининг кўпроқ ўртача кинетик энергиясига эга бўлган жисм ўз иссиқлигини (энергиясини) камроқ ҳароратга ва, демак, молекулаларининг камроқ ўртача кинетик энергиясига эга бўлган жисмга беради. Шундай қилиб, ҳарорат иссиқлик алмашиш, иссиқлик ўтказиш жараёнларининг ҳам сифат, ҳам микдорий томонларини характерлайдиган параметрдир. Аммо ҳароратни бевосита ўлчаш мумкин эмас: уни жисмнинг ҳароратга бир қийматли боғлиқ бўлган қандайдир бошқа физик параметрлари бўйича аниқлаш мумкин. Ҳароратга боғлиқ параметрларга масалан, ҳажм, узунлик, электр қаршилик, термоэлектр юритувчи куч, нурланишнинг энергетик равшанлиги ва ҳоказолар киради.
Ҳарорат ўлчайдиган асбобни 1598 йилда Галилей биринчи бўлиб тавсия этган. Сўнгра М. В. Ломоносов, Фаренгейтлар термометр ишлаб чиқишган.
Ўлчанаётган ҳароратнинг сон қийматини топиш учун ҳароратлар шкаласини ўрнатиш, яъни саноқ бошини ва ҳарорат оралиғининг ўлчов бирлигини танлаш лозим.
Кимёвий тоза моддаларнинг осон тикланадиган (асосий репер ва таянч) қайнаш ва эриш нуқталари билан чегараланган ҳарорат оралигидаги қатор белгилар, ҳарорат шкаласини ҳосил қилади. Бу ҳароратларга t' ва t’’ қийматлар берилган. У ҳолда ўлчов бирлиги:
(2.2)
бу ерда ва —осон тикланадиган ўзгармас ҳароратлар: n — , таянч нуқталар орасидаги ҳарорат оралиғи бўлинадиган бутун сон.
Ҳарорат шкаласининг тенгламаси:
(2.3)
бу ерда, t' ва t" — модданннг таянч нуқталари (760 мм сим. уст. босимида ва оғирлик кучининг 980, 665 см/с2 тезланишида музнинг эриш ва сувнинг кайнаш ҳароратлари); υ' ва υ"—t', t" ҳароратлардаги модданинг (суюқликнинг) ҳажми; υ — t ҳароратдаги модданинг (суюқликнинг) ҳажми.
Табиатда ҳажмий кенгайиши ва ҳарорати чизиқли боғланган суюқликлар бўлмайди. Шунинг учун, ҳароратларнинг кўрсатиши термометрга солинадиган модданинг (симоб, спирт ва бошқалар) табиатига боғлиқ. Фан ва техниканинг ривожланиши билан термометрга солинадиган модданинг биронта хусусияти билан боғланмаган ягона ҳарорат шкаласини яратиш зарурати пайдо бўлади. 1848 йилда инглиз физиги Кельвин термодинамиканинг иккинчи қонуни асосида янги ҳарорат шкаласини тузишни таклиф қилди. Термодинамик ҳароратлар шкаласининг тенгламаси:

бу ерда, Q₁₀₀ ва Q₀ — сувнинг қайнаш ва музнинг эриш ҳароратларига мос иссиқлик микдорлари; Q — Т ҳароратга мос иссиқлик микдори.
Ўлчов ва вазнлар бўйича 1960 йилда ўтказилган XI халқаро конференция қарорларида икки ҳарорат шкаласи: Кельвин градуси (0К) ўлчов бирлиги билан ўлчанадиган термодинамик шкала ва Цельсий градуси (°С) ўлчов бирлиги билан ўлчанадиган халқаро амалий шкалаларнинг қўлланиши кўзда тутилган. Кельвин термодинамик шкаласидаги пастки нуқта — мутлақ ноль нуқта (К) бўлиб, ягона. экспериментал асосий нуқта эса сувнинг учлик нуқтасидир. Бу нуқтанинг сон қиймати 273,15 0К. Сувнинг муз, суюқ, газ фазаларидаги мувозанат нуқтаси бўлган сувнинг учлик нуқтаси муз эриш нуқтасидан 0,01 К юқорироқ туради. Термодинамик ҳарорат Т ҳарфи билан сон қийматлари эса 0К билан ифодаланади.
Амалий ўлчашларда ишлатиладиган халқаро амалий ҳарорат шкаласи термодинамик шкала кўринишида ишланган. Бу шкала кимёвий тоза моддаларнинг бир қадар осон тикланадиган ўзгармас қайнаш ва эриш нуқталари асосида тузилган. Уларнинг сонли қиймати газли термометрлар орқали аниқланган бўлиб, халқаро амалий ҳарорат шкаласи ўлчов ва вазнлар бўйича ўтказилган XI умумий конференцияда қабул қилинган.
Халқаро амалий шкала бўйича ўлчанадиган ҳарорат t ҳарфи билан, сонли қиймати эса °С белгиси билан ифодаланади. Мутлақ термодинамик шкала бўйича ифодаланган ҳарорат билан шу ҳароратнинг халқаро шкала бўйича ифодаси орасидаги муносабат қуйидаги тенглама орқали аниқланади:
T=t+273,15 (2,5)
бу ерда, Т — мутлақ термодинамик шкаладаги 0К ҳарорат; t — хaлқаро амалий шкаладаги °С ҳарорат.
Англия ва АҚШ да 1715 йилда таклиф қилинган Фаренгейт шкаласи (°С) қўлланади. Бу шкалада икки нуқта: музнинг эриш нуқтаси (32° С) ва сувнинг қайнаш ниқтаси (212° С) асос қилиб олинган. Халқаро амалий шкала, мутлақ термодинамик шкала ва Фаренгейт шкаласи бўйича ҳисобланган ҳарорат муносабати қуйидагича:
t⁰C=T⁰K-273,15=0,556(n⁰F-32) (2.6)
бу ерда, n — Фаренгейт шкаласи бўйича градуслар сони.
Ҳозир 1968 йилда қабул қилинган ва 1971 йил 1 январдан мажбурий жорий этилган Халқаро амалий ҳарорат шкаласи (МПТШ-68) қўлланилади. МПТШ-68 ҳароратни 13,81 дан 6300° С гача оралиқда ўлчашни таъминлайди.
Замонавий термометрия ўлчашнинг турли усул ва воситаларига эга. Ҳар бир усул ўзига хос бўлиб, универсаллик хусусиятига эга эмас. Берилган шароитда оптимал ўлчаш усули ўлчашга қўйилган аниқлик шарти ва ўлчашнинг давомийлиги шарти, ҳароратни қайд қилиш ва автоматик бошқариш зарурати ёрдамида белгиланади.
Назорат қилинадиган муҳитлар ташқи шароитни ўзгартирганда физик хоссаларининг турли агрессивлиги ва турғунлиги даражаси билан суюқ, сочилувчан, газсимон ёки қаттиқ бўлиши мумкин.